在減數分裂時與X染色體配對，X染色體和Y的行為像是一對同源染色體，因此被認為在它們之間部分是同源的，但相互之間在形態和構造方面大多是不同的。當然X染色體和Y染色體在同源部分是能夠互相交換的。Y染色體數目不一定只有一個，象酸模（Y1Y2）之類就含有幾個Y染色體，但在減數分裂分離的時候由于常集在一起行動，所以實質上就像是1個Y染色體。Y染色體分化的機制以及其功能還不清楚，果蠅中Y染色體幾乎僅由異染色質構成，一般Y染色體只有幾個基因，對性別決定并不起什么作用，認為存在著多基因系。
另一方面，在石竹科（Caryophyllaceae）的Melandrium的Y染色體即使有一個，而X染色體有三個，也具有強烈的決定雄性的能力。在大麻（Cannabis）中，X染色體決定著植株成為雌性，Y染色體決定著植株發育成為雄性。
在人類中，Y染色體上有很強的決定男性的基因，即使在具有多對X染色體的個體中，只要存在著Y染色體，內外性器官就都是男性型的。人的Y染色體的長臂末端部分用喹啉氮芥染色，可以發出很強的熒光。在細胞分裂期間的體細胞核內，可以觀察到這一部分呈能發出熒光的小體，所以把它叫做F小體（熒光小體為fiuorescent body），可用來進行性別鑒定。
X、Y染色體是同源染色體，人類體細胞內有23對染色體，其中22對是常染色體，1對是性染色體，即X、Y染色體。但是X、Y染色體的結構和常染色體有所不同，XY結構相同的區段是同源區段；X染色體上在Y染色體上找不到的區段是X染色體的非同源區段；Y 染色體上在X染色體上找不到的區段是Y染色體非同源區段，也就是X、Y染色體都有自己的同源區段和非同源區段。